DE102004009536A1 - Process for the preparation and structuring of a photosensitive, highly viscous, chemically amplified, aqueous alkaline developable positive photoresist - Google Patents
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Abstract
Die ständig wachsende Anzahl lithographischer Anwendungen zur Herstellung von mikroelektromechanischen Systemen in der Mikrosystemtechnik, die 100 mum und höher aufbauende Photomaterialien benötigen, können mit den herkömmlichen Positivphotoresisten nicht realisiert werden. Für diese Anwendung sind Photomaterialien erforderlich, die nicht nur hochaufbauende homogene Schichten bilden, sondern mit hoher Empfindlichkeit Strukturen mit einem guten Aspektverhältnis und vertikalen Profilen mit sehr geringer Mikrorauhigkeit bilden und nach erfolgter Strukturübertragung rückstandsfrei entfernbar sind. Es wird ein Verfahren zur Herstellung und Strukturierung eines UV300/400 lichtempfindlichen, hochviskosen, chemisch verstärkten, wässrig-alkalisch entwickelbaren Positiv-Photoresists für Anwendungen in der Mikrosystemtechnik, der anschließend rückstandsfrei entfernbar ist, beschrieben.The ever-increasing number of lithographic applications for the fabrication of micro-electro-mechanical systems in microsystem technology which require 100 μm and higher photovoltaic materials can not be realized with the conventional positive photoresists. For this application, photo materials are required, which not only form high-build homogeneous layers, but form with high sensitivity structures with a good aspect ratio and vertical profiles with very low micro-roughness and are removable without residue after structural transfer. A process for the preparation and structuring of a UV300 / 400 light-sensitive, high-viscosity, chemically amplified, aqueous-alkaline developable positive photoresist for applications in microsystems technology, which is subsequently removable without residue, is described.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung eines UV 300/400 lichtempfindlichen, hochviskosen, chemisch verstärkten, wässrig-alkalisch entwickelbaren positiv arbeitenden Resist zur Herstellung von Strukturen für den μm und mm Bereich. Das photoreaktive Material, welches
- 1) 35 bis 80 Gew.% einer niedermolekularen, in den Seitenketten säure katalysiert abspaltbare Schutzgruppen enthaltende Polymermatrix und
- 2) 2–30 Gew.% eines lichtempfindlichen Protonensäuregenerators
- 3) gelöst in einem geeignetem Lösemittel/-gemisch enthält, ist zur Herstellung und lithographischen Prozessierung (=Strukturierung) von Schichten von 5 μm bis 2 mm mit einem Aspektverhältnis > 8, die nach erfolgter Strukturübertragung rückstandsfrei entfernbar sind, geeignet.
- 1) 35 to 80 wt.% Of a low molecular weight, in the side chains acid catalyzed cleavable protecting groups containing polymer matrix and
- 2) 2-30% by weight of a photosensitive proton acid generator
- 3) dissolved in a suitable solvent / mixture is suitable for the production and lithographic processing (= structuring) of layers of 5 microns to 2 mm with an aspect ratio> 8, which are removed without residue after structural transfer, suitable.
Die Anzahl lithographischer Anwendungen zur Herstellung von mikroelektromechanischen Systemen in der Mikrosystemtechnik (MST), die Photoresiste benötigen, die 100 μm und höher aufbauende Schichten bilden und mit sehr guten Aspektverhältnissen und einer geringen Mikrorauhigkeit vertikale Strukturprofile erzeugen, ist ständig wachsend. Die gestiegenen Anforderungen an die Genauigkeit/Präzision dieser mikromechanischen, mikrooptischen und mikrofluidischen Bauteile sind meist nur mit den unterschiedlichen Varianten der LIGA-Technik (Lithographie, Galvanik, Abformung) mittels Röntgenstrahlung oder UV-Belichtung möglich. Damit nimmt die Bedeutung der Verfügbarkeit von entsprechenden lichtempfindlichen Materialien und deren einfachen Verarbeitungstechnologien für Anwendungen des MST-Marktes ständig zu.The Number of lithographic applications for the production of microelectromechanical Systems in microsystem technology (MST) that require photoresists that 100 μm and higher building Layers form and with very good aspect ratios and a low Micro roughness generate vertical structure profiles is constantly growing. The increased demands on the accuracy / precision of these micromechanical, micro-optical and microfluidic components are usually only with the different variants of the LIGA technique (lithography, Electroplating, impression) by means of X-radiation or UV exposure possible. In order to takes the importance of availability of corresponding photosensitive materials and their simple ones Processing technologies for Applications of the MST market constantly to.
Die kommerziell erhältlichen Positiv-Photoresiste AZ-Resiste (AZ PLP 100/50(XT), AZ P4000-, AZ 9200-Serien) der Fa. Clariant, der SJR 5740 und SPR 220 der Fa. der Fa. Shipley, THB Positiv der Fa. JSR Microelectronics und der ma-P 100 der Fa. micro resist technology sind auf DNQ/Novolak basierende Positiv-Resiste mit einer breiten Empfindlichkeit bei UV 300/400. Mit diesen Resistsystemen sind in Einzelbeschichtung (spincoaten) bis 80 μm hohe Schichten möglich. 100 μm hohe strukturierbare Schichten werden nur durch Mehrfachbeschichtung erhalten [1–3]. Die wässrig-alkalisch entwickelbaren Resiste benötigen beim Belichten hoher Schichtdicken hohe Dosiswerte (lange Belichtungszeiten). Die Grenze der Durchbelichtbarkeit hoher Schichten liegt durch die fehlende Transparenz bei max. 100 μm. Bei einer Mehrfachbeschichtung wird der lithographische Prozeß um zusätzliche Schritte zur Schichtherstellung und Trocknung erweitert. Ab einer Resisthöhe von ca. 60 μm ist es mit diesen Resistsystemen nicht mehr möglich, die für die UV-Tiefenlithographie notwendigen senkrechten Profilkanten zu erzeugen.The commercially available Positive photoresists AZ resists (AZ PLP 100/50 (XT), AZ P4000, AZ 9200 series) Fa. Clariant, the SJR 5740 and SPR 220 Fa. of the Fa. Shipley, THB positive of the company JSR Microelectronics and the ma-P 100 of the company. micro resist technology are DNQ / novolac based positive resists with a wide sensitivity at UV 300/400. With these resist systems are in single coating (spincoats) up to 80 micron high layers possible. 100 μm high structurable Layers are obtained only by multiple coating [1-3]. The aqueous-alkaline need developable resists when exposing high layer thicknesses high dose values (long exposure times). The limit of the Durchbelichtbarkeit high layers is due to the lack of transparency at max. 100 μm. For a multiple coating the lithographic process is reversed additional Steps for coating production and drying extended. From a resist height of approx. 60 μm it is no longer possible with these resist systems, that for UV deep lithography to produce necessary vertical profile edges.
Wässrig-alkalisch entwickelbare Negativ-Photoresiste bestehen aus einem Phenolharz als polymeres Bindemittel und einem die Belichtungswellenlänge und Empfindlichkeit des Resistsystems bestimmenden aromatischen Bisazid als lichtempfindliche Komponente, gelöst in einem Lösemittel oder Lösemittelgemisch. Die Durchbelichtbarkeit dieser Resistsysteme ist aufgrund des Phänomens des Nichtausbleichens beim Belichten im Belichtungswellenlängenbereich auf max. 20 μm limitiert. Die erreichbare Auflösung ist bei diesen Schichtdicken sehr gering und die Kanten zeigen ein unterschnittenes Strukturprofil, welches für die Abformung präziser Bauelemente ungeeignet ist.Aqueous-alkaline developable negative photoresists consist of a phenolic resin as a polymeric binder and an exposure wavelength and Sensitivity of the resist system determining aromatic bisazide as a photosensitive component dissolved in a solvent or solvent mixture. The transmissibility of these resist systems is due to the phenomenon of Non-bleaching when exposed in the exposure wavelength region on max. 20 μm limited. The achievable resolution is very low at these layer thicknesses and the edges show undercut structure profile, which is suitable for the molding of precise components is unsuitable.
Resistsysteme, die auf dem Konzept der chemischen Verstärkung (chemically amplified resists = CAR) basieren, wurden mit dem Ziel der Erhöhung der Auflösung unter dem Druck der fortschreitenden Miniaturisierung in der Mikroelektronik für sehr geringe Schichtdicken (< 1 μm) für Wellenlängen im DUV Bereich und darunter (193 nm und 157 nm) konzipiert. Die hohe Empfindlichkeit dieser Resistsysteme ist im Reaktionsmechanismus begründet, der die bei Belichtung und anschließendem Tempern (post exposure bake = PEB) der Resistschichten initiierte Löslichkeitsänderung in den belichteten gegenüber den unbelichteten Bereichen hervorruft. Bei Belichtung solch einer Resistschicht wird ein Proton generiert (Protonengenerator = photo acid generator PAG), welches im Falle eines Positiv-Photoresists, eine Polymerkettenspaltung bzw. Abspaltung von funktionellen Gruppen bzw. im Falle eines Negativ-Photoresists eine Vernetzungsreaktion der (Polymer/Oligomer)Matrix initiiert. Als Endprodukt entsteht neben dem Produkt mit einer im Entwickler höheren Löslichkeit (= Positiv-Resist) bzw. niedrigeren Löslichkeit (= Negativ-Resist) wieder ein Proton, welches erneut eine Abspaltungsreaktion eingehen kann. Ein photochemisch generiertes Proton geht mehrmals eine Abspaltungs- bzw. Vernetzungsreaktion ein. Chemische Verstärkungsfaktoren (Anzahl der gespaltenen funktionellen Seitengruppen am Polymer pro photolytisch generiertem Proton) von bis zu 50–500 werden beschrieben. Die Effektivität der Spaltungs- bzw. Vernetzungsreaktion wird durch das Polymer/PAG-Verhältnis, die Belichtungsdosis und die Temper-Bedingungen beeinflußt.Resist systems based on the concept of chemical amplification (chemically amplified resists = CAR) were used with the purpose of increasing the resolution under the pressure of progressive miniaturization in microelectronics for very small layer thicknesses (<1 μm) for wavelengths in the DUV range and below (193 nm and 157 nm) designed. The height Sensitivity of these resist systems is in the reaction mechanism justified the on exposure and subsequent annealing (post exposure bake = PEB) of the resist layers initiated solubility change in the exposed across from causes the unexposed areas. Upon exposure of such a Resist layer is a proton generated (proton generator = photo acid generator PAG), which in the case of a positive photoresist, a polymer chain cleavage or cleavage of functional groups or in the case of a negative photoresist, a crosslinking reaction the (polymer / oligomer) matrix initiated. As a final product arises in addition to the product with a higher solubility in the developer (= positive resist) or lower solubility (= Negative resist) again a proton, which again a cleavage reaction can go down. A photochemically generated proton goes several times a cleavage or crosslinking reaction. Chemical amplification factors (Number of cleaved side functional groups on the polymer per photolytically generated proton) of up to 50-500 are described. The effectiveness of the fission or crosslinking reaction is due to the polymer / PAG ratio, the Exposure dose and temper conditions affected.
Eine Vielzahl der chemisch verstärkt arbeitenden Positiv Photoresiste basieren auf einem partiell mit säurelabilen Gruppen substituierten Polyhydroxystyrol (PHOSt) [4]. PHOSt war aufgrund seiner Transparenz und seiner Ätzresistenz das Polymer der Wahl für die Entwicklung der chemisch verstärkten DUV-248 nm Positiv-Resiste.A Variety of chemically amplified working positive photoresists are based on a partially acid labile Groups of substituted polyhydroxystyrene (PHOSt) [4]. PHOSt was due to its transparency and its etch resistance the polymer of the Choice for the development of chemically amplified DUV-248 nm positive resists.
Bei acetal- und ketalsubstituiertem PHOSt, Vertretern der low activation energy CARs, erfolgt die Abspaltung der säurelabilen Gruppen spontan nach bzw. während des Belichtens bei Raumtemperatur. In diesem Fall ist kein PEB-Schritt notwendig [5]. Diese Resistsysteme zeigen oftmals eine ungenügende Stabilität in der Linienbreite sowie geringe Lagerstabilität.at acetal and ketal substituted PHOSt, representatives of the low activation energy CARs, the cleavage of the acid labile groups takes place spontaneously after or during of the exposure at room temperature. In this case, there is no PEB step necessary [5]. These resist systems often show insufficient linewidth stability as well as low storage stability.
Bei Copolymeren aus HOSt und tert.-Butylacrylate (tert.-BuA), Vertretern der high activation CARs [4], erfolgt ein Tempern (=Aushärtung) bei hohen Temperaturen entsprechend dem Aushärtungskonzept (=annealing concept) ohne Zersetzung des Photomaterials.at Copolymers of HOSt and tert-butyl acrylates (tert-BuA), representatives the high activation CARs [4], annealing (= hardening) takes place high temperatures according to the curing concept (= annealing concept) without decomposition of the photographic material.
Die Auswahl der Monomere für ein Polymer erfolgt in Abhängigkeit von der Funktionalität des daraus zu formulierenden Positiv-Photoresist. So müssen Monomereinheiten säurelabile funktionelle Gruppen („Schutzgruppen") enthalten, die bei Belichtung und einem anschließenden Tempern (PEB) die Löslichkeitsänderung hervorrufen. Hydroxylgruppen enthaltende Monomere fördern die Substrathaftung und haben einen Einfluß auf die Kinetik beim Entwickeln in wässrig-alkalischen Entwicklern. Filmbildende Monomereinheiten fördern die Schichtbildung und erhöhen teilweise auch die PAG-Löslichkeit. Ein geringer Anteil aro matischer Monomereinheiten fördert die Ätzstabilität des Photomaterials, führt aber auch zu einer Erhöhung der Absorption im DUV-Wellenlängenbereich. Aus diesem Grund wurden cyclische aliphatische Gruppen enthaltende Monomere, statt der Aromaten enthaltenden Monomere, in das Polymer eingefügt. Durch die Verwendung von den teilweise zusätzlich mit Elektronen ziehenden Gruppen versehenden Acrylaten, z.B. (Iso)bornyl-, Adamantyl(metha)crylat, wird neben einer guten Ätzstabilität die hohe Transparenz im DUV-Bereich und geringeren bei Belichtungswellenlängen erhalten.The Selection of monomers for a polymer is dependent from the functionality of the positive photoresist to be formulated therefrom. So have monomer units acid-labile contain functional groups ("protecting groups") that upon exposure and subsequent annealing (PEB) the solubility change cause. Hydroxyl-containing monomers promote the Substrate adhesion and have an influence on the kinetics of development in aqueous-alkaline Developers. Film forming monomer units promote film formation and increase sometimes the PAG solubility. A small proportion of aromatic monomer units promotes the etching stability of the photosensitive material, but leads also to an increase absorption in the DUV wavelength range. For this reason, cyclic aliphatic groups containing Monomers, instead of the aromatic-containing monomers, in the polymer inserted. By the use of the partially additionally with electrons pulling Group-forming acrylates, e.g. (Iso) bornyl, adamantyl (metha) crylate, In addition to a good Ätzstabilität the high Transparency in the DUV area and lower at exposure wavelengths.
Verbindungen, die beim Belichten Säure/Protonen generieren, sind vor allem die Oniumsalze, spezielle Sulfonium- und Jodoniumsalze. Durch die entsprechende Auswahl des Kations (Anzahl und Art der Aromaten) und des Anions (verantwortlich für die Löslichkeit in den Resistlösungsmitteln und für die Säurestärke der photochemisch initiiert generierten Säure) werden Eigenschaften, wie Absorption, Empfindlichkeit und Kontrast des darzustellenden Photomaterials mitbestimmt. Eine Eigenschaft der PAGs muss eine hohe thermische Stabilität sein, denn weder die PAG noch die generierte Säure dürfen während der Temperprozesse aus der Schicht heraus diffundieren.Links, when exposing acid / protons especially the onium salts, special sulfonium and iodonium salts. By appropriate selection of the cation (number and type of aromatics) and of the anion (responsible for the solubility in the resist solvents and for the acidity of the photochemically initiated generated acid) become properties, such as absorption, sensitivity and contrast of the displayed Photographs co-determined. One property of PAGs must be one high thermal stability be, because neither the PAG nor the generated acid may during the annealing process to diffuse out of the layer.
Zur Vermeidung des bei der Prozessierung von positiv CARs beobachteten Phänomens der Ausbildung eines T-tops oder Häutchenbildung an den Strukturen werden neben der Verwendung von Schutzresistschichten oder low activation CARs [4,6] auch Additive in die Resistformulierung eingebracht. Diese Additive bestehen zumeist aus einer basischen Verbindung in Kombination mit einer sauren Verbindung.to Avoidance of observed in the processing of positive CARs phenomenon the formation of a T-top or cuticle formation on the structures Beyond the use of protective resist layers or low activation CARs [4,6] also introduced additives into the resist formulation. These additives usually consist of a basic compound in Combination with an acidic compound.
Die Nutzung des Konzeptes der chemischen Verstärkung für hochaufbauende und hochempfindliche Photoresiste für die in der MST gestellten Anforderungen birgt ein hohes Potential in sich.The Use of the concept of chemical amplification for high-build and high-sensitivity photoresists for the The requirements placed on the MST hold great potential in yourself.
Es ist bekannt, dass mit Photoresisten, deren photochemische Reaktion auf der Basis einer kationischen Polymerisation von epoxydierten Bisphenol-A-Formaldehyd-Novolaken erfolgt [7], Strukturen mit hohen Aspektverhältnissen und steilen Kantenprofilen in sehr hohen Schichtdicken hergestellt werden können. Dieses nach einem Belichtungs- und PEB-Schritt sehr stark vernetzende System wird mit einem Lösemittel entwickelt und ist nach erfolgter Strukturübertragung nur schwer wieder entfernbar. Durch die hohe Transparenz der schichtbildenden Komponente und den geringen Anteil an Säuregenerator (PAG) im Resist sind Schichtdicken deutlich höher 100 μm in kürzester Zeit durchbelichtbar.It is known to work with photoresists whose photochemical reaction based on a cationic polymerization of epoxidized Bisphenol-A-formaldehyde novolacs occur [7], structures with high aspect ratios and steep edge profiles produced in very high layer thicknesses can be. This after a light exposure and PEB step very strong cross-linking System comes with a solvent developed and is difficult after structural transfer again removable. Due to the high transparency of the layer-forming component and the small amount of acid generator (PAG) in the resist layer thicknesses significantly higher 100 microns in the shortest time durchbelichtbar.
Hochviskose und hochaufbauende, UV 300/400 empfindliche, einfach prozessierbare, wässrig-alkalisch entwickelbare Positiv-Photoresiste die den für Anwendungen in der Mikrosystemtechnik gestellten Anforderungen an die Qualität der Kantenprofile entsprechen und sich nach erfolgter Strukturübertragung rückstandslos entfernen lassen, sind bisher nicht bekannt.Highly viscous and high-build, UV 300/400 sensitive, easy-to-process, aqueous-alkaline developable positive photoresists for applications in microsystems technology according to the quality requirements of the edge profiles and after the structure has been transferred residue remove, are not yet known.
Die Aufgabe der Erfindung beinhaltet die Bereitstellung eines UV 300/400 lichtempfindlichen, hochviskosen chemisch verstärkt arbeitenden, wässrig-alkalisch entwickelbaren Positiv-Photoresists, bestehend aus einer niedermolekularen Matrix, einem lichtempfindlichen Protonensäuregenerator, einem Lösemittel oder Lösemittelgemisch und schichtbildender und/oder schichtstabilisierender Zusätze und die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung und Strukturierung des Resists, wobei die erzeugte Resiststruktur geeignet ist, eine Galvanoform für die galvanische Abscheidung darzustellen.The object of the invention involves the provision of a UV 300/400 photosensitive, highly viscous, chemically amplified working, aqueous alkaline developable positive photoresist consisting of a low molecular weight matrix, a photosensitive proton acid generator, a solvent or mixture of solvents and layer-forming and / or layer-stabilizing additives, and to provide a process for producing and structuring the resist, wherein the produced resist structure is suitable for forming a Galvanoform for the electrodeposition.
Die niedermolekulare Polymermatrix besteht aus verschiedenen Monomeren in unterschiedlichen Anteilen, wobei jedes Monomer für eine notwendige Funktion im Resist (säurelabile Schutzgruppen, substrathaftung fördernde Hydroxylgruppen, Ätzbeständigkeit erhöhende Aromaten, Schichtbildner) verantwortlich ist. Die Co-, Ter- oder Tetrapolymere sind in einem einfach durchzuführenden Polymerisationsprozeß unter Zusatz eines Radikalstarters herzustellen. Die niedermolekularen polymeren Verbindungen sind acetonlöslich, welches ein leichtes Entfernen des Resistes nach erfolgter Strukturübertragung zuläßt. Die geringe Löslichkeit der niedermolekularen polymeren Verbindungen in wässrigen Lösungen mit einem extrem sauren bis extrem basischen pH-Bereich ist von großem Vorteil für die galvanische Abscheidung von Metallen im Rahmen des LIGA-Verfahrens.The low molecular weight polymer matrix consists of various monomers in different proportions, each monomer being necessary Function in the resist (acid-labile Protecting groups, substrate adhesion promoting Hydroxyl groups, etch resistance increasing Aromatics, layer former) is responsible. The co, ter or Tetrapolymers are in an easy to carry out polymerization under Addition of a radical initiator produce. The low molecular weight polymeric compounds are acetone soluble, which is a light Removal of the resist after the structure transfer permits. The low solubility the low molecular weight polymeric compounds in aqueous solutions with an extremely acidic to extremely basic pH range is from great advantage for the electrodeposition of metals in the context of the LIGA process.
Der Feststoffgehalt der Resistlöung kann aufgrund des geringen Molekulargewichts der verwendeten Polymere sehr hoch gesetzt werden. Die Resistlösung zeigt eine sehr hohe Viskosität und bildet homogene Schichten.Of the Solids content of the resist solution may be due to the low molecular weight of the polymers used be set very high. The resist solution shows a very high viscosity and forms homogeneous layers.
Geeignete Photostarter für die kationische Abspaltung der säure labilen funktionellen Gruppen (Schutzgruppen) sind bekannte Initiatoren, wie z.B. Sulfonium-, Jodonium- und Phoshoniumsalze, die der Polymerlösung in Konzentrationen von 2–30 Gew.%, bevorzugt 3–15 Gew.% hinzugefügt werden. Üblich sind Triarylsulfoniumhexafluoroantimonat, -hexafluorophosphat oder auch Gemische aus Triarylsulfoniumhexafluoroantimonat und Thiophenoxytriarylsulfoniumhexafluoroantimonat, die unter dem Handelsnamen UVE der Firma General Electric Company bzw. UVI-6974 und UVI 6990 der Firma Union Carbide kommerziell zur Verfügung stehen. Die Resistschichten sind im spektralen Bereich UV 300/400 empfindlich und können mit Höchstdrucklampen, Lasern und Röntgenstrahlquellen belichtet werden.suitable Photostarter for the cationic cleavage of the acid labile functional groups (protecting groups) are known initiators, such as. Sulfonium, iodonium and phosphonium salts which are the polymer solution in Concentrations of 2-30 % By weight, preferably 3-15 % By weight added become. Common are triarylsulfonium hexafluoroantimonate, hexafluorophosphate or also mixtures of triarylsulfonium hexafluoroantimonate and thiophenoxytriarylsulfonium hexafluoroantimonate, under the trade name UVE of the company General Electric Company or UVI-6974 and UVI 6990 from Union Carbide commercial for disposal stand. The resist layers are in the spectral range UV 300/400 sensitive and can with high pressure lamps, Lasers and X-ray sources be exposed.
Durch die hohe Transparenz der Polymermatrix im Belichtungswellenlängenbereich in Verbindung mit dem Reaktionsmechanismus der chemischen Verstärkung können Schichten hoher Dicken strukturiert werden.By the high transparency of the polymer matrix in the exposure wavelength range in conjunction with the chemical amplification reaction mechanism, layers can be used be structured in high thicknesses.
Der Einsatz von nicht reaktiven Weichmachern in dem Resist ermöglicht spannungs- und rißfreie hochaufbauende strukturierbare Schichten. Die Verwendung eines Puffersystems in dem Resist verhindert die Ausbildung von Strukturen mit einem T-Top.Of the Use of non-reactive plasticizers in the resist allows voltage and crack-free high-build structurable layers. The use of a buffer system in The resist prevents the formation of structures with a T-top.
Vorteilhaft ist der Einsatz nicht toxischer Lösemittel im Resist. Die ausgewählten Materialkombinationen werden in organischen Lösemitteln, z.B. Propylenglykolmonomethyletheracetat (PGMEA), Propylenglykolmonomethylether (PGME), Anisol gelöst und die Beschichtung erfolgt durch übliche Verfahrenstechniken, wie z.B. Aufschleudern, Rakeln oder Gießen.Advantageous is the use of non-toxic solvents in the resist. The selected material combinations be in organic solvents, e.g. Propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), propylene glycol monomethyl ether (PGME), anisole solved and the coating is carried out by conventional processing techniques, such as e.g. Spin-coating, knife-coating or pouring.
Nach dem Belichten und einem anschließenden Temperschritt wird eine Löslichkeitsänderung an der Polymermatrix erzeugt, die eine Entwicklung in wässrig-alkalischen Lösungen zuläßt. Von großem Vorteil ist der Einsatz von umweltverträglichen Entwicklern auf wässriger Basis.To the exposure and a subsequent annealing step is a solubility produced on the polymer matrix, which is a development in aqueous-alkaline solutions allows. From great The advantage is the use of environmentally friendly developers on aqueous Base.
Der in der Erfindung beschriebene Resist ist geeignet im lithographischen Prozeß Strukturen von 5 μm bis 2 mm Dicke mit einem Aspektverhältnis von > 8 zu erzeugen, die eine hohe Maßhaltigkeit (1:1 Übertragung der Struktur von Maske in Resist), eine hohe Kantensteilheit bis zu 89° und eine geringe Kantenrauhigheit aufweisen und geeignet ist, eine stabile Voraussetzung für eine galvanische Abformung darzustellen.Of the Resist described in the invention is suitable in lithographic Process structures from 5 μm to 2 mm thickness with an aspect ratio of> 8 to produce the high dimensional stability (1: 1 transmission of the Structure of mask in resist), a high edge steepness up to 89 ° and have a low edge roughness and is suitable for a stable requirement for to represent a galvanic impression.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgend aufgeführten Ausführungsbeispiele näher erläutert.The Invention will be explained in more detail with reference to the following embodiments.
Polymersynthesenpolymer syntheses
Für die verwendeten Monomere wurden folgende Abkürzungen gewählt: Methyl/Butylmethacrylat – M/BuMA, Methacrylsäure – MAA, tert.-Butylmeth/acrylat – tert.-BuMA/tert.-BuA, Styrol – St. Als Initiator wurde 2,2'- Azobisisobutyronitril – AIBN verwendet.For the used Monomers became the following abbreviations selected: Methyl / butyl methacrylate - M / BuMA, Methacrylic acid - MAA, tert-butyl methacrylate - tert-BuMA / tert-BuA, styrene - St. Als Initiator was 2,2'- Azobisisobutyronitrile - AIBN used.
Beispiel 1example 1
Synthese von Poly-(tert.-BuMA/MAA/St)Synthesis of poly (tert-BuMA / MAA / St)
6,75
g tert.-BuMA, 5,45 g MAA, 4,94 g Styrol und 1,04 g AIBN werden in
170 g Aceton in einem 3-Halskolben versehen mit Rührmotor,
Rückflußkühler und
Inertgaszufuhr gelöst.
Nach 20 stündigem
Rühren unter
Rückfluß und Inertgasatmosphäre (Stickstoff)
wird das Polymer durch Fällen
der klaren, farblosen, höher viskosen
Reaktionslösung
in Wasser erhalten, abgesaugt und getrocknet. Das Polymer wird durch
nochmaliges Umfällen
einer acetonischen Lösung
in Wasser gereinigt, abgesaugt und im Vakuum bei 70 °C getrocknet.
Ausbeute:
12,0 g (70,1 %), weißes
Pulver, Mw: 8 550 g/mol, Tg: 101 °C, Td: 246 °C,
Fp: 155–158 °C6.75 g of tert-BuMA, 5.45 g of MAA, 4.94 g of styrene and 1.04 g of AIBN are dissolved in 170 g of acetone in a 3-necked flask equipped with stirrer, reflux condenser and inert gas. After 20 hours of stirring under reflux and inert gas atmosphere (nitrogen), the polymer is obtained by precipitating the clear, colorless, higher-viscosity reaction solution in water, filtered off with suction and dried. The polymer is purified by reprecipitation of an acetone solution in water, filtered off and dried in vacuo at 70 ° C.
Yield: 12.0 g (70.1%), white powder, Mw: 8 550 g / mol, T g : 101 ° C, T d : 246 ° C, mp: 155-158 ° C
Beispiel 2Example 2
Synthese von Poly-(tert.-BuA/MAA/MMA/St)Synthesis of poly (tert-BuA / MAA / MMA / St)
Die
Synthesevorschrift ist analog der von Beispiel 1, unter Verwendung
folgender Monomere und Anteile in der Monomerabmischung: Bei Einsatz
von 15 g tert.-BuA, 6,72 g MAA, 7,8 g MMA, 12,18 g Styrol und 2,4
g AIBN in 315 g Aceton werden nach 26 h Reaktionszeit 22,8 g (Ausbeute
54,7 %) eines weißen
Pulvers erhalten.
Mw: 9 100 g/mol, Tg:
101 °C,
Td: 252 °C,
Fp: 126–129°CThe method of synthesis is analogous to that of Example 1, using the following monomers and proportions in the monomer mixture: Using 15 g of tert-BuA, 6.72 g of MAA, 7.8 g of MMA, 12.18 g of styrene and 2.4 g of AIBN in 315 g of acetone, after a reaction time of 26.8 g, 22.8 g (yield 54.7%) of a white powder are obtained.
Mw: 9100 g / mol, T g: 101 ° C, T d: 252 ° C, mp: 126-129 ° C
Beispiel 3Example 3
Synthese von Poly-(tert.-BuA/MAA/BuMA/St) Synthesis of poly (tert-BuA / MAA / BuMA / St)
Die
Synthesevorschrift ist analog der von Beispiel 1, unter Verwendung
folgender Monomere und Anteile in der Monomerabmischung: Bei Einsatz
von 15 g tert.-BuA, 6,72 g MAA, 11,1 g BuMA, 12,18 g Styrol und 2,40
g AIBN in 315 g Aceton werden nach 26 h Reaktionszeit 28,7 g (Ausbeute
63,8 %) eines weißen
Pulvers erhalten.
Mw: 10 500 g/mol, Tg:
95 °C, Td: 250 °C,
Fp: 97–101 °CThe method of synthesis is analogous to that of Example 1, using the following monomers and proportions in the monomer mixture: Using 15 g of tert-BuA, 6.72 g of MAA, 11.1 g of BuMA, 12.18 g of styrene and 2.40 g AIBN in 315 g of acetone are obtained after 26 h reaction time 28.7 g (yield 63.8%) of a white powder.
Mw 10 500 g / mol, Tg: 95 ° C, T d: 250 ° C, mp: 97-101 ° C
Beispiel 4Example 4
Synthese von Poly-(tert.-BuMA/MAA/MMA/St)Synthesis of poly (tert-BuMA / MAA / MMA / St)
Die
Synthesevorschrift ist analog der von Beispiel 1, unter Verwendung
folgender Monomere und Anteile in der Monomerabmischung: Bei Einsatz
von 25 g tert.-BuMA, 8,65 g MAA, 10,06 g MMA, 13,08 g Styrol und
3,09 g AIBN in 400 g Aceton werden nach 26 h Reaktionszeit 52,97
g (Ausbeute 93,3 %) eines weißen Pulvers
erhalten.
Mw: 8 000 g/mol, Tg: 107 °C, Td: 252 °C,
Fp: 118–121°CThe method of synthesis is analogous to that of Example 1, using the following monomers and proportions in the monomer mixture: Using 25 g of tert-BuMA, 8.65 g of MAA, 10.06 g of MMA, 13.08 g of styrene and 3.09 g AIBN in 400 g of acetone are obtained after 26 h reaction time 52.97 g (yield 93.3%) of a white powder.
Mw: 8000 g / mol, T g: 107 ° C, T d: 252 ° C, mp: 118-121 ° C
Bei den Resistansätzen werden für die Lösemittel und die Zusätze folgende Abkürzungen verwendet: Propylenglycolmonomethyletheracetat – PGMEA, Propylenglycolmonomethylether – PGME, Methoxybenzol/Anisol – MOB, Cyclohexanon – CH, Triethanolamin – TEA, Salicylsäure – Sasr, IPA – Isopropylalkohol.at the resist approaches be for the solvents and the accessories following abbreviations used: propylene glycol monomethyl ether acetate - PGMEA, propylene glycol monomethyl ether - PGME, Methoxybenzene / anisole - MOB, Cyclohexanone - CH, Triethanolamine - TEA, Salicylic acid - Sasr, IPA - isopropyl alcohol.
Beispiel 5Example 5
Resistansatz 1Resist rate 1
In 75 g eines Lösemittelgemisches (PGMEA:MOB:CH=80:10:10 [in Gew.%]), versetzt mit 0,6 g eines polyethermodifizierten Polydimethylsiloxans, 0,19 g TEA, 0,17 g Sasr und 7,5 g eines nicht reaktiven Weichmachers werden 75 g Poly-(tert.-BuMA/MAA/MMA/St) gelöst. In die klare Lösung werden anschließend 19,5 g einer Oniumsalzlösung eingerührt. Es werden 150 g Resist mit einem Feststoffgehalt von 50 Gew.% erhalten.In 75 g of a solvent mixture (PGMEA: MOB: CH = 80: 10: 10 [in% by weight]), added with 0.6 g of a polyether-modified Polydimethylsiloxane, 0.19 g TEA, 0.17 g Sasr and 7.5 g of a non reactive plasticizer is 75 g of poly (tert-BuMA / MAA / MMA / St) solved. In the clear solution will be afterwards 19.5 g of an onium salt solution stirred. 150 g of resist with a solids content of 50% by weight are obtained.
Beispiel 6Example 6
Resistansatz 2:Resist rate 2:
In 75 g eines Lösemittelgemisches (PGMEA:MOB:CH=80:10:10 [in Gew.%]), versetzt mit 0,37 g eines polyethermodifizierten Polydimethylsiloxans und 2,25 g eines nicht reaktiven Weichmachers werden 75 g eines teilweise tert.-Butyloxycarbonyl-substituierten Phenolharzes (hergestellt nach bekannter Synthesevorschrift [8]) gelöst. In die klare Lösung werden anschließend 15 g einer Oniumsalzlösung eingerührt. Es werden 150 g Resist mit einem Feststoffgehalt von 50 Gew.% erhalten.In 75 g of a solvent mixture (PGMEA: MOB: CH = 80: 10: 10 [in wt.%]), Mixed with 0.37 g of a polyether-modified polydimethylsiloxane and 2.25 g of a non-reactive plasticizer, 75 g of egg Partially tert-butyloxycarbonyl-substituted phenolic resin (prepared according to known synthesis instructions [8]). 15 g of an onium salt solution are subsequently stirred into the clear solution. 150 g of resist with a solids content of 50% by weight are obtained.
Beispiel 7Example 7
Resistansatz 3:Resistance Theorem 3:
In 75 g eines Lösemittelgemisches (PGMEA:PGME = 70:30 [in Gew.%]), versetzt mit 0,375 g eines polyethermodifizierten Polydimethylsiloxans, 0,19 g TEA, 0,17 g Sasr und 3,75 g eines nicht reaktiven Weichmachers werden 75 g Poly-(tert.-BuA/HOSt/St) gelöst. In die klare Lösung werden anschließend 11,25 g einer Oniumsalzlösung eingerührt. Es werden 150 g Resist mit einem Feststoffgehalt von 50 Gew.% erhalten.In 75 g of a solvent mixture (PGMEA: PGME = 70:30 [in% by weight]), added with 0.375 g of a polyether-modified Polydimethylsiloxane, 0.19 g TEA, 0.17 g Sasr and 3.75 g of a non reactive plasticizer 75 g of poly (tert-BuA / HOSt / St) are dissolved. In the clear solution will be afterwards 11.25 g of an onium salt solution stirred. 150 g of resist with a solids content of 50% by weight are obtained.
Beispiel 8Example 8
Mit HMDS als Haftvermittler vorbereitete 4'' Silizium Wafer werden 60 s mit einem Resist entsprechend Beispiel 5 schleuderbeschichtet. Die erhaltenen Schichten werden bei 90 °C im Ofen getrocknet und anschließend mit UV300/UV400 bildmäßig belichtet, anschließend bei 120 °C (Rampe von 80 °C) getempert und in 0,2 N NaOH entwickelt ( Tab.).4 '' silicon wafers prepared as adhesion promoters with HMDS are spin-coated for 60 s with a resist according to Example 5. The resulting layers are oven-dried at 90 ° C. and then image-wise exposed to UV300 / UV400, then heat-treated at 120 ° C. (ramp of 80 ° C.) and developed in 0.2 N NaOH ( Tab.).
Beispiel 9Example 9
Mit HMDS als Haftvermittler vorbereitete 4'' Silizium Wafer werden 60 s mit einem Resist entsprechend Beispiel 6 schleuderbeschichtet. Die erhaltenen Schichten werden bei 90–100 °C im Ofen getrocknet und anschließend mit UV300/UV400 bildmäßig belichtet, anschließend bei 125 °C getempert und in 0,25 N NaOH mit IPA-Zusatz entwickelt ( Tab.).4 '' silicon wafers prepared as adhesion promoters with HMDS are spin-coated for 60 s with a resist according to Example 6. The resulting layers are oven dried at 90-100 ° C and then exposed imagewise with UV300 / UV400, then annealed at 125 ° C and developed in 0.25 N NaOH with IPA additive ( Tab.).
Beispiel 10Example 10
Mit HMDS als Haftvermittler vorbereitete 4'' Silizium Wafer werden 60 s mit einem Resist entsprechend Beispiel 7 schleuderbeschichtet. Die erhaltenen Schichten werden bei 95 °C im Ofen getrocknet und anschließend mit UV300/UV400 bildmäßig belichtet, anschließend bei 120 °C (Rampe von 80 °C) getempert und in 0,15 N NaOH entwickelt ( Tab.).4 '' silicon wafers prepared as adhesion promoters with HMDS are spin-coated for 60 s with a resist according to Example 7. The resulting layers are oven dried at 95 ° C. and then exposed imagewise to UV300 / UV400, then annealed at 120 ° C. (ramp of 80 ° C.) and developed in 0.15 N NaOH ( Tab.).
Beispiel 11Example 11
Galvanik mit Resist 1Electroplating with Resist 1
In eine Galvanoform von Resist 1 mit einer Schichtdicke von 48 μm entsprechend Beispiel 8 auf einem mit Gold beschichteten Substrat wird Nickel in einem Nickelsulfamatbad (pH=3,5) bei einer Temperatur von 55 °C und bei 300–400 mA galvanisch mit einer Höhe von 30 μm abgeschieden und der Resist anschließend mit Aceton entfernt.In a Galvanoform of Resist 1 with a layer thickness of 48 microns accordingly Example 8 on a gold-coated substrate becomes nickel in a nickel sulfamate bath (pH = 3.5) at a temperature of 55 ° C and at 300-400 mA galvanic with a height of 30 μm deposited and the resist then removed with acetone.
Beispiel 12Example 12
Galvanik mit Resist 3Electroplating with Resist 3
In eine Galvanoform von Resist 3 mit einer Schichtdicke von 50 μm entsprechend Beispiel 10 auf einem mit Gold beschichteten Substrat wird Nickel in einem Nickelsulfamatbad (pH=3,5) bei einer Temperatur von 55 °C und bei 300–400 mA galvanisch mit einer Höhe von 45 μm abgeschieden und der Resist anschließend mit Aceton entfernt.In a Galvanoform of Resist 3 with a layer thickness of 50 microns accordingly Example 10 on a gold-coated substrate becomes nickel in a nickel sulfamate bath (pH = 3.5) at a temperature of 55 ° C and at 300-400 mA galvanic with a height of 45 μm deposited and the resist then removed with acetone.
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